1. 前言
本文意欲与与两部分桥梁建设者商讨桥墩防船撞的问题：一是桥梁设计师，他们是工程技术人员，在桥梁建设中最能动的人员。“本桥跨航线，需要防船撞”，往往是桥梁设计师首先提出的；还有桥梁建设方的人员，他们有时是提出者，有时是支持人，有时是决定者，有时是出资人。两部分人员对于桥梁防撞都非常重要，都起决定性作用。
以前曾经有过一种观点，认为一旦桥梁建好了，标志设立了，船就不应该撞上去。一旦撞上去就要船方赔钱。长江第一桥，1957年至2011年被撞76次时，累计赔了约500万元。但仍然屡撞不止。南京长江大桥和黄石长江公路桥等桥梁也接连发生船撞桥事故。经过研究知道：船桥相撞，有船的问题也有桥的问题，建设跨越航道的桥梁时，若能比较多地考虑原来的航道，桥建成后，船撞桥的事故就会少，反之就多。于是就提出了一个问题：“建设桥梁时，为了防船撞应该注意些什么？”。
桥梁设计规范中已经有一些关于防船撞的要求和桥墩对于水平抗力的要求，但是不够
明确，例如规范中谈到了关于流放木材的撞击和对流冰的水平抗力，而对通航河流的船撞力就不够明确------。
如果规范中已经明确的要求没有达到，此设计应该是不及格的。但是，从及格到更好或最好，有很大的空间，就是必要性到充分性的空间。可以在此贯彻科学发展观，可以实现在保护桥的同时也保护船，因而使环境也得到保护。做到最好、最充分。
为此，本文在最后，建议学习美国公路桥梁设计规范的办法，专门列出：“防御船撞桥”一节，美国桥梁规范在该节（3.14节）内列出了14点，我们根据近20年中国的实践，建议列出8点。
2. 船撞桥的现状
——避免灾害性事故的迫切性
船桥相撞，有船的问题也有桥的问题，跨越航道建桥时，若能比较多地考虑原来的航道，桥建成后船撞桥的事故就会少，反之就多。首先从现在已经发生的船撞桥而致桥塌、船沉、人亡、财产损失和严重影响环境等灾害性事故出发，说明船撞桥现状对防船撞要求的迫切性。
下面两个表分别是世界和我国较严重的船撞桥事故。
表1. 1960年至1991年世界30次重大船撞桥事故表（按年序）
Table 1. The bigger accidents of bridge collision with ship in the word（list by year）
虽然表列的事故以美国最多，但亚、欧、澳各洲都有的，船撞桥事故普遍存在。我国2007-06-15广东佛湛公路南海九江大桥被撞塌，是广为人知的一次次船撞塌桥事故，这次事故表明：“按现行设计规范提供的桥墩水平抗力不能满足实际情况”。此外，公路桥设计规范中规定的“通航河流的桥墩应该考虑船舶撞击作用”、“在可能遭受船舶撞击作用的桥墩应做防撞设施的设计”等条款，均未在该桥的设计中得到体现。
表2 是2007-2012年我国21次较大的船舶与桥梁相撞事故（其严重程度稍低于上表中的30次）。
表2. 2007-2012年我国较大的船舶与桥梁相撞事故*
Table2. The bigger accidents of bridge collision with ship in China from 2007 to 2012
注：*标题中“较大的船舶与桥梁相撞事故”，是指桥毁、船沉、死人、严重污染环境或有重大交通影响者。
3.种灾害性事故：塌桥；船沉；污染环境举例
3-1塌桥
穗湛公路九江大桥建成于1988年，独塔双索面两主跨为2x160m，载入李国豪等编的《中国大桥》画册，建成至撞塌前均认为符合规范，质量良好。被1500t运沙船“南桂机035”撞塌水中引桥第一墩，塌下50m跨4跨，死9人。专家认为规范给出的桥墩水平抗力要求太低，“规范不符合实际，就应该修改规范”（范立础宁波演讲）。
宁波至舟山连岛公路桥中的金塘大桥刚刚架好梁，尚未正式通车，预制梁重1600t（两端尚未固定），被空载的“勤丰128”号沿海货船刮下，将4名驾驶员压入下层舱室死亡，船沉。如果混凝土箱梁已经固定，则事故变为刮去桅杆，或刮去顶层。这是自1949年以来船撞桥墩后沉没的最大一艘船。
3-2 船沉
2013-5-12南京长江大桥6号墩与鑫川8号万吨矿石船舷侧碰擦，进水。该船长139米，载重吨12539t，本次航行载有12500吨石灰石，被撞后约航行了3.5km，沉没在该桥下游的八卦洲边上，12名船员弃船获救。这是1949年以来我国被桥梁撞沉的最大的船舶。
3-3 严重污染环境
2007-11-07 “釜山”号集装箱船撞上旧金山海湾大桥桥塔墩，桥塔墩周围直立的的型钢将船身撕开一条30米长的裂缝，22万升的重油泄漏进旧金山湾水域，出动了多种人员，使用了多种方法，耗费约2亿美元，希望能够在2年后生态得以恢复。
3．必须遵守和必须考虑的问题
——规范中已有的相关规定
“桥梁是水陆交通的交织点,如何减少甚至避免发生船撞桥事故，将发生事故的损害降到最低，是属于桥梁设计四原则（安全、功能、经济、美观）中“安全”范畴的主要课题之一。
以往，我国对此是比较忽视的, 我国历版桥梁设计规范中规定的内河船只设计撞击力与实际发生的撞击力差距甚大。即使2004年新版规范中对海轮撞击的作用力也偏小，且都与船速无关。是不合理的。”
[4]
在相关的桥梁设计规范中,有关防船撞和水平抗力的规定有:
JTJ062-91, “桥位应选在河道顺直、稳定---；不宜选在不稳定的河汊、河床冲淤严重、水流会合口、急弯、卡口---。”
JTJ 311中 3.1.5节规定：通航海轮桥梁的桥孔布置和净空应满足相应通航标准 。
GB 50139规定：内河通航桥梁的桥孔布置和净空应满足《内河通航标准》的规定；
JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》中：
3.1.3节，“桥梁纵轴宜与主流流向正交，墩台轴线应与最高通航水位时的主流方向一致，必须斜交时其偏角不应超过5°”的规定；。
4.1.6节之2，“偶然组合。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相结合”
4.3.8节，作用于桥墩上的流水压力的规定，桥墩形状系数方形为，1.5，圆端形为0.6；
4.3.9节，桥墩冰压力的规定，和“强烈流冰”作用的规定；
4.4.2节,“位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用” 和漂流物横桥向撞击力的规定等 。
下面用几个实例说明没有体现规范精神:
3.1斜交偏角超标
湖北黄石长江公路桥桥址选在弯道上斜交偏角超过5°。此桥于1995年12月建成，使用了15年，已于2010年9月于上游不到1km处建成鄂东长江大桥，通车。
3.2应计入船撞力这一偶然作用标准值
由于没有将船撞力这一偶然作用组合进去，通航孔边上桥墩水平抗力不足，采用墩外拦船装置，投资较大。
3.3 桥墩平面形状应符合通航要求
自古以来，我国通航河流上的桥梁，桥墩平面都是流线型的。规范规定，“----桥墩形状系数：方形为，1.5，圆端形为0.6------”；万一船撞上桥，斜面可以分力，如果碰上平面，桥墩受力大，船舶损伤也大。
3.4 船舶易于偏航相遇的桥墩应有相应的水平抗力
JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》中4.4.2节“位于通航河流或有漂流物的河流中的桥梁墩台，设计时应考虑船舶或漂流物的撞击作用” 和漂流物横桥向撞击力的规定等 。
下图所示的桥梁，主通航孔两侧的小墩，被偏航船舶撞上的几率较大，应在满足垂向载荷的基础上，为水平载荷加大桥墩尺寸
4. 优良设计应该考虑的问题
——兼顾船、桥和环境的科学发展观
对于船舶撞击作用在2004年公路规范分为内河船舶和海轮两表，实际上长江、珠江等河流的下游，大量通行江海直达型船舶，近三十年来设计的这类船舶可从日本、韩国、东南亚各国港口直达我国的南京、武汉、广州等港口。将河船与海船对墩的水平作用力规定为大小各异的两个表，既没有理论基础，也不符合4.4节第4条的公式，急需改变
[7]。
在该规范中，一艘江海直达型载重量3000吨（3000DWT）的船，由江入海，撞击力在两表中分别查出为1400kN和19600kN相差十多倍。让桥梁设计者无所适从。很多桥梁在方案阶段委托船舶运输研究所作“船撞力标准研究”专题，就是这个原因——就是认为规范的这一条没有用了。
情况在不断变化，国民经济在发展。航道中通航的船舶越来越多，越来越大，越来越快。因此，规范也应不断的修订和发展。
一些新设计的桥梁，在已经符合了规范之后，进一步提高，为兼顾陆路车辆运输和水上船舶运输做出了良好示例。举例说明：
4.1跨越航道的桥梁应兼顾大船和小船增加通航孔
小船和拖驳，动力小、航速低，平时靠边航行，江中心流速大，丰水期船舶上水航行时甚至不能在流速大的江中心过桥。该桥设计师对方案桥型及时进行修改，增加了船舶航行的通道，减少了水中引桥的桥墩数量，将水面尽量多地留给航船，增加了社会和谐，实践了先进的科学发展观的理念。见下图：
4.2跨越航道的桥梁应该采用大跨少墩
对于宽阔水面应该采用大跨少墩，甚至一跨过江，把航道尽量多地留给船舶。大跨的桥墩，水平抗力自然会增加，自然会保护桥墩的，“但不要一昧追求增大跨径，如力争要一跨过江、争创某种纪录等。增大跨径必然会使造价急剧上升，增大跨径是花大钱。选用较小跨径，加设有效的防撞设施是花小钱”
[4]（要作经济比较，湛江海湾大桥是一个经过技术、经济比较后作出选择的例子）。
跨径大了桥墩自然会大，桥墩撞不垮的同时，为了保护船，可以在大墩的迎船方向增加柔性防撞装置，如图16a，而不是相反，如图16b。
正如图中看到的，木护舷不外露钢钉等金属构件，则可以避免碰擦引起的火花和碰擦引致的船体破坏。而在未能做到钢构件不凸出的防撞装置于严重地破损船体的同时，也严重地破坏了环境。
例如：1970年，美·德克萨斯州阿瑟（Arthur）港，发生了一起有人员伤亡的事故，该事件中，一艘运载汽油的驳船被防护物上的钢构件撕裂引燃了油料。
1960年，美·纽约基尔航道外通道桥，相撞船舶的船壳被撕裂了100英尺。
2007年11月7日，釜山号大型集装箱船与美国的奥克兰海湾大桥东悬索桥的西塔发生碰撞，船身被撕开一条30米长的裂缝，22万升的重油泄漏进旧金山湾区，估计虽然花费2亿美元去清理，2年之内生态恢复不过来。
4.3跨越航道的桥梁其桥墩基础类型和施工方法应考虑船撞力
桥墩基础的类型对于水平抗力是有很大差别的:
沉井(箱)基础 抗船撞能力较强
桩群基础 抗船撞能力较弱
高桩承台基础 抗船撞能力最差
应根据桥位处的水文、地质情况和防撞设施设置。详细分析技术经济条件选定。
对于航道上航行的带有球鼻首海轮的桥墩，还要防止球鼻首直接撞击桩身。
4.4跨域航道的桥梁应避免使用双柱墩、排架墩和薄壁墩
双柱墩、薄壁墩和排架墩易于被撞塌的实例很多。1994年设计单位为长江繁忙航道选用了薄壁墩，交通部动员了几个研究所和高校，提出了钢结构压溃吸能防撞方案、液囊柔性防撞方案和固体摩擦粘滞性元件防撞方案等3个方案，最后才解决了问题。
5跨越航道的拱桥应避免使用上承式和中承式梁
跨越航道尽量不用上承式和中承式桥梁，这是经验告诉我们的。瑞典特殃（Tjorn）大桥被撞塌是一个典型实例，撞塌之后重建的新桥采用了便利通航的形式。万州长江公路桥建设时水位较低，建设时也很省钱，现在水位升高，补建了防撞装置，由于原设计的拱脚没有水平抗力设计，只好采用桥外拦阻装置，这个装置建设费用与原来建桥投资差不多。中承式桥梁虽然比上承式空间大一些，但跨越航道的桥梁尽量不用为好。
4.6 避免建设桥群
以重庆白沙沱长江大桥为例，该桥是双线铁路桥，北接成渝铁路，南接川黔铁路，修建于1958年，全长820.3m，共16个桥孔，主跨为4孔80m连续钢桁梁。对桥区航运带来了严重的影响，原因是大桥上游仅2.2km为猫儿峡谷的地维长江大桥，下游为1km左右的江心洲将长江分为左右两汊，左汊为主水道，通航，右汊（南汊）不通航。长江汛期，在猫儿峡大流速作用下，下行船舶以高航速出地维大桥进入桥区后，很难避开80m跨度的桥墩。此外，桥孔出口正对下游江心洲洲头，船舶需要克服弯道环流及复杂流态影响，避开洲头转向左汊下行。
[3]
前面一节涉及规范，讲的是：“不要”和“应该”；接着一节讲的是：“希望”与“和谐”。两节加起来只谈到跨越通航河流的桥梁.专业人士估计，跨越航道的桥梁约占桥梁总数的十分之一。
4.7 我国已有兼顾船、桥和环境的三不坏桥梁柔性防船撞装置
于2014-03-28在浙江宁波召开的“国际船桥相撞及其防护学术研讨会”上，代表们宣布我国已经有了可以兼顾船、桥和环境的三不坏桥梁柔性防船撞装置。（虽然将比较危险、比较易于撞塌的老桥，装上三不坏桥梁柔性防船撞装置还需要很长的时间和很大的工程量。）
桥梁柔性防船撞装置为护舷式直接构造，被撞时桥墩是受力的，其构造由刚性较大的外钢围被多个粘滞性防撞圈支撑，可以将船撞力削减至原来的50%左右。
由于三不坏桥梁柔性防船撞装置并不与来着船舶交换很多的能量（只交换10%～15%），
因此三不坏桥梁柔性防船撞装置比较小、比较省钱，湛江海湾大桥（50000t船的航道）的三不坏桥梁柔性防船撞装置约用了2600万元，建设成本只是平行方案的三分之一左右。
以前，国内外一些船撞桥实船试验，对撞后船舶进行压溃和变形量的测量，以对应于测得的船撞力，属于认识世界的范畴（因为那时还没有柔性防船撞的方法，还不能化险为夷）。这次属于验证试验，告诉人们已经找到了将船拨回航道的方法，做到遇难呈祥，避免损失，能够做到船桥双赢，和谐久安。
5. 桥梁设计规范中“防船撞”一节
——中外规范“防船撞”内容
《美国公路桥梁设计规范》第3.14节载有：
桥梁重要性分类；设计船只；倒塌年频率（船只频率分布、偏航概率、几何概率、倒塌概率）；设计冲击速度；船只撞击能量；轮船对桥墩的撞击力；驳船对桥墩的撞击力；驳船船头损坏长度；在极端极限状态时的损坏；撞击力的取用等各点。
建议在我国 《桥涵设计规范》已有的6点关于防御船撞桥和水平抗力的规定的基础上予以集中，参考美国《桥梁设计规范》的方法，写成一节：——“跨航线桥梁防船撞设计”
内容包括
(1)桥位选择的有关注意事项 桥位不宜处于弯道、汊道、险滩、分流口、汇流口、港口作业区、锚地等。
(2)把尽量多的水面留给航道 桥梁设计跨越航线时，应不碍航，主槽不设墩，把尽量多的水面留给航道。
(3)桥梁轴线与水流流向应垂直 跨越主槽的桥梁，其轴线与水流流向夹角不宜超过5°。
(4)通航河流桥梁墩台应设计成尖形或流线型 跨航线或有漂流物的桥梁墩台，在万一船舶或漂流物撞上时应能够分力。
(5)可能遭受大型船舶撞击的桥墩应设置保护桥和船的防撞设施 防撞设施应考虑能够同时保护桥和船，从而也保护环境。
(6)撞击力作为一种偶然载荷100%地计入水平抗力。船撞力是偶然载荷，与永久作用和可变作用相结合时，用标准值相结合 。
(7)设计船撞力的选定 在桥梁规划开始时，用经验公式或线图估算，设计图纸后可用数值法计算。
(8)给出船撞墩过程的图解 设计人应该用图解法或仿真方法给出船撞墩过程的图解，以分析以说明防撞装置的实效。
参考文献
1.陈国虞，评议桥梁防撞设计的依据。城市道路与防洪。2011，（6）106-112
2.陈国虞，试论几座大桥在防御船舶撞击方面值得提高的地方. 中国土木工程学会 桥梁及结构工程分会 第二十届全国桥梁学术会议论文集，943-947 北京 人民交通出版社. 2012
3.陈明栋，桥区通航条件与桥梁防船撞。《桥梁防撞理论和防撞装置设计》第二章 2013 人民交通出版社
4.陆宗林，桥梁设计中的防撞问题。 国际船桥相撞及其防护学术研讨会 宁波 2014-03 发言PPT
5.陈国虞，桥墩防撞设施的历史及其功能——“三不坏”桥镦防撞装置的诞生。 科学中国人十年优秀论文选 2002，科学中国人杂志社 北京
6.陈国虞等，怎样实现桥墩柔性防撞 第十六届全国桥梁学术会议论文集。北京人民交通出版社 2004 75-81
7. 陆宗林 陈国虞 张 澄，统一我国两个桥涵设计规范中船撞力公式的探讨 中国土木工程学会桥梁及结构工程分会 第十七届全国桥梁学术会议论文集。人民交通出版社 2006
（作者：陈国虞）
